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一種無線射頻收發模塊的應用

日期:2015-6-29    來源:


一種無線射頻收發模塊的應用
王視聽尹志宏摘要:介紹了一種新型廉價的無線收發模塊。通過這種模塊可以實現無線通訊和無線控制等多種功能。首先詳細地介紹了發射模塊和接收模塊的性能參數;接著提出幾種使用方法;最后舉出一個應用實例,系統地敘述了這種模塊的使用方法。
關鍵詞:編碼器譯碼器無線控制模塊
隨著現代電子技術的飛速發展,越來越多的通訊產品大量涌現出來,尤其是無線通訊領域的新產品,更是琳瑯滿目。目前,天線通訊方式有無線電、紅外線、微波等多種方式,而且可供選擇的模塊也有很多種。考慮到應用環境和價格等因素,本文選擇其中廉價的發射模塊(F05)和接收模塊(J05C)進行介紹。它們價格便宜、傳輸距離較遠、可靠性高,特別適合于低成本的無線通訊設備使用。希望通過本文的介紹,能夠給致力于無線通訊和無線控制領域的工程師們帶來一些有益的幫助。
1無線射頻收發模塊簡介
1.1發射模塊F05
發射模塊F05原理如圖1所示。F05采用聲表諧振器穩頻,SMT樹脂封裝,頻率一致性較好,免調試,特別適合多發一收無線遙控及數據傳輸系統;而一般LC振蕩器頻率穩定度及一致性較差,即使采用高品質微調電容,誤差變化及振動也很難保證已調好的頻點不會發生偏移。F05具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性。當發射電壓為3V時,發射電流約為2mA,發射功率較小;12V為最佳工作電壓,具有較好的發射效果,發射電流約為5~8mA,大于12V時直流功耗增大,有效發射功率不再明顯提高。F05系列采用AM方式調制以降低功耗,數據信號停止發射時發射電流降為零,數據信號與F05之間采用電阻而不能采用電容耦合,否則F05將不能正常工作。數據信號電平應接近F05的實際工作電壓以獲得較高的調制效果,F05對過寬的調制信號易出現調制效率下降、收發距離變近的現象。當脈沖高電平寬度在0.08~1ms時發射效果較好,大于1ms時效率開始下降;當脈沖低電平寬度大于10ms時,接收到的數據第一位極易被干擾(即零電平干擾)而引起不*。如采用CPU編譯碼,可在數據識別位前加一些亂碼以抑制零電平干擾;如采用通用編*器,可調整振蕩電阻使每組碼中間的低電平區小于10ms以抑制零電平干擾。F05輸入端平時應處于低電平狀態,輸入的數據信號應是正邏輯電平,幅度最高不應超過F05的工作電壓。
F05天線長度可在0~250mm之間調節,也可無天線發射,但發射效率下降。 F05C為改進型,體積更小,內含隔離調制電路以消除輸入信號對射頻電路的影響,信號直接耦合,性能更加穩定。F05應垂直安裝在抑制板邊部,并應離開周圍器件5mm以上,以免受分布參數影響而停振。F05發射距離與調制信號頻率及幅度、發射電壓及電流容量、發射天線、接收機靈敏度及收發環境有關。F05采用 PT2262編碼器加240mm小拉桿天線發射時,在開闊區最大發射距離約250m,在障礙區相對要近,由于折射反射會形成一些死區及不穩定區域,不同的收發環境會有不同的收發距離。如需要遠的可靠距離,可在F05的輸出端增加一級射頻功率放大器。
PT2262編碼器采用COMS工藝,與 PT2272配套使用。它的編碼數據和地址以串行方式并且通過RF或IR調制方式發射。 PT2262最多采用12條三態地址線,可以提供531441種地址編碼。因此,最大程度上避免了編碼的沖突
PT2262應用電路如圖3上部所示。振蕩電阻取3.3MΩ效果較好,當17腳無信號輸出時,F05不工作,發射電流為零;當14腳(圖中省略)為低電平時,17腳輸出已設定的編碼脈沖對F05進行調制發射,通過測試F05工作電流可大致判斷F05是否處于正常發射狀態,加天線時空碼發射電流為6mA左右;調整R2可調整發射電流的大小,R2取值小可提高發射距離,但易引起過調制甚至停振。
1.2接收模塊J05C
J05C由超外差電路結構IC芯片和溫度補償電路構成,具有較高的接收靈敏度及穩定性,如圖2所示。芯片內含低噪聲射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器,輸出為數據電平信號,可直接接至標準*器或CPU*器,適合與ASK方式的發射器配套使用,適用于各種遙控報警器及單片機短距離數據傳輸設備。
J05C接收頻率分為315MHz及433.92MHz兩種,并具有較好的頻寬及溫度補償特性,可與一般精度的聲表諧振器穩頻的發射機及LC發射機配套使用而不需要調整接收頻率,較寬的工作溫度范圍可適應各種工作環境。J05C對電源要求不太苛刻,可以使用開關電源,并具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性,2V時只消耗約2mA電流,3V消耗約2.5mA電流,但5V以下供電接收靈敏度要下降3~5dBm,5V供電可處于最佳接收靈敏度狀態。
J05C模塊具有休眠功能,當芯片9腳為高電平(VDD-3V以上)時,接收機可處于休眠狀態,此時耗電約25μA。通常芯片9腳已接為低電平(0.8V以下),處于正常接收狀態,若需休眠功能可自行改動。
圖2
J05C接收天線的長度為接收頻率的1/4波長,約22cm,阻抗約37Ω,為最佳匹配天線,但在實際應用中會受到各種條件限制,具本需試驗確定。當信號較弱而干擾點又引起信號不穩時,可將天線剪去5cm也許會有所改善。也可采用螺旋天線或將天線直接做在PCB板上,甚至無天線接收,當然接收靈敏度要下降。匹配良好的收發天線能使收發模塊性能達到最佳狀態,而匹配不良的收發天線會使收發距離變得很近。
J05C最大數據傳輸速度為5kbps,調整內部電容值可達到20kbps,但過高的數據速率會降低接收靈敏度及增大誤碼率。如用于一般遙控報警器,不必使用過高的速率,現在遙控報警器普遍使用性價比較好的 PT2262編*及 PT2272*器,振蕩電阻分別采用3.3MΩ和680kΩ即可有較好的收發距離(此電阻值必須精確)。如用于單片機收發系統,速率可取4.8kbps或2.4kbps,同時應兼顧到收射效率。當數據中有連續幾個“1”且脈寬超過1ms時,會引起發射效率下降,而且太大的占空比及大低的頻率易引起過調制。高電平脈寬在0.1~1ms范圍內,收發效果較好。不合適的數據速率同樣會影響到收發距離,甚至收不到信號。
J05C輸出端可直接與標準*器及單片機接收。J05C在未收到發射信號時可輸出隨機噪聲,幅度為VDD-0.3V值;當收到信號時,噪聲被抑制;當信號變弱時,出現噪聲干擾點,此時信號處于不穩定區,若采用 PT2272*器*仍可維持*,若采用單片機*則會因誤碼率增大而出現數據錯誤,此時可在數據位前加亂碼抑制零電平狀態干擾,最好工作在可靠區域以減小誤碼率。
2無線射頻收發模塊使用方法和范圍
本文所介紹的無線通訊模塊可以用于多種場合,在此僅介紹三種。
2.1用于通用串口( RS232)的無線數據傳輸
在工業控制現場,通常有很多控制儀器和設備采用串口( RS232),而與這些設備通訊必須滿足串口( RS232)的要求。一方面在傳輸速率(通常采用9.6kbps)上必須符合 RS232的要求;另一方面在電氣特性上也必須符合 RS232的要求。在某些特殊場合,必須使用無線傳輸方式時,可以很自然地選擇本文所提到的發射和接收模塊。但在此必須說明的是,要采用此種通訊方式,必須先在發射端和接收端分別編制相應的軟件實現文件格式的轉換,才能達到無線通訊的目的。如果通訊系統是全雙工的,則可以采用兩對射和接收模塊(采用不同的編碼地址)同時工作來實現。
2.2用于無線多通道(并行)控制
某些場合需要多通道(并行)控制,如復雜的遙控機器人等,可以采用本文所提到的發射和接收模塊來實現。一種方法是用接收模塊直接和*器相連,然后再和繼電器等電子元器件相連,驅動后續的被控對象;另一種方法是用接收模塊和單片機相連,經過數據的處理后,再用單片機連接繼電器等電子元器件,驅動后續的被控對象。通常一對發射和接收模塊最多可以實現六路并行的無線控制,如果要求的通道數大于六路,可以采用多對發射和接收模塊(采用不同的編碼地址)同時工作來滿足實際的需要。
圖3
2.3用于組建星型拓撲結構的無線通訊網絡
在某些特殊場合需要無線通訊,并且必須是多點的星型拓撲結構,此時也可以采用本文所提到的發射和接收模塊來實現。一方面這種發射和接收模塊的價格低廉,構成星型拓撲結構的費用相對較低;另一方面這種發射和接收模塊可采用模塊化設計,體積孝使用方便、易于集成。對于通訊速度要求不太高、距離較近的無線網絡來說,這種發射和接收模塊十分實用。
3應用實例
通過使用本文所介紹的發射模塊和接收模塊,作者完成了一套簡單、可靠的多路多無線遙控電路,如圖3所示。在這套電路里,通過控制總線設定電路中的小鍵盤,可以同時控制多個電燈的開關。
作者使用這種無線通訊模塊,實現了對家里的六個不同電燈的獨立控制。由于現在的家居設計對于很多電器的連線都采用綜合布線的方法,這樣就給各種家用電器的集中控制帶來了可能。作者設計了前面提到的第二種使用方法,共用了六個并行通道。用接收模塊直接和*器相連,然后*器再和單片機相連,經過數據處理(可以實現六通道的再譯碼,最多可以達到六個四路控制),控制繼電器等電子元器件,從而控制各個電燈的開關,最終實現了六路非同步控制的要求,并取得了良好的控制效果。
來源:電子技術應用

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